BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA: ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC DẢI CHẮN ĐIỆN TỪ TRONG THIẾT KẾ ANTEN BOW - TIE Giảng viên hƣớng dẫn: Dƣơng Thị Thanh Tú Sinh viên : Kiều Công Quảng Lê Thị Thủy Nguyễn Thị Ngọc Hà Nội, 12/2012 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC HÌNH VẼ MỤC LỤC BẢNG LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CẤU TRÚC DẢI CHẮN ĐIỆN TỪ EBG 1.1 1.2 1.3 1.4 CẤU TRÚC EBG CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA CẤU TRÚC EBG 12 PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CẤU TRÚC EBG .26 ỨNG DỤNG CẤU TRÚC EBG TRONG KĨ THUẬT ANTEN .29 CHƢƠNG 2: ANTEN BĂNG SIÊU RỘNG UWB 2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ BĂNG SIÊU RỘNG UWB… 32 2.2 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ANTEN UWB…………………………… 35 2.3 CÁC KIỂU ANTEN BOW-TIE TRONG UWB………………… 37 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ ANTEN BOW-TIE TRÊN CẤU TRÚC EBG 3.1 GIỚI THIỆU……………………………………………………… 44 3.2 CẤU TRÚC ANTEN…………………………………………… 45 3.3 KẾT QUẢ ĐO VÀ ĐÁNH GIÁ………………………………… 47 TỔNG KẾT VÀ XU HƢỚNG………………………………………… 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………… 52 LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn tới ban lãnh đạo giám đốc Học Viện Cơng Nghệ Bƣu Chính Viễn Thơng nhƣ thầy cô giáo khoa Viễn thông tạo điều kiện cho chúng em nghiên cứu khoa học nâng cao kiến thức chuyên ngành nhƣ rèn luyện thêm kĩ cho sinh viên Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn tới giảng viên hƣớng dẫn Dƣơng Thị Thanh Tú tận tình hƣớng dẫn, trực tiếp bảo chúng em suốt trình làm nghiên cứu Chúng em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà cịn học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc hiệu quả, điều cần thiết cho chúng em q trình học tập cơng tác sau Cuối cùng, trình thực nghiên cứu, xử lý số liệu viết luận với vốn kiến thức hạn chế báo cáo chúng em khơng tránh khỏi thiếu xót, hạn chế Chúng em xin tiếp nhận bảo hội đồng thầy cô giáo Khoa Viễn thông 1, góp ý bạn để báo cáo hồn thiện Mọi ý kiến đóng góp xin gửi địa email : kieucongquang@gmail.com Chúng em xin chân thành cảm ơn ! MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc EBG Hình 1.2 Bề mặt EBG chiều Hình 1.3 Đƣờng phát EBG chiều Hình 1.4 Dạng hình học cấu trúc EBG hình nấm Hình 1.5 Mơ hình LC cho cấu trúc EBG hình nấm Hình 1.6 Mơ hình đƣờng truyền dẫn cho sóng bề mặt Hình 1.7 Mơ hình đƣờng truyền dẫn cho sóng tới sóng phẳng Hình 1.8 Mơ hình cấu trúc EBG cho tính chất pha phản xạ Hình 1.9 Mơ pha phản xạ cấu trúc EBG hình nấm với sóng tới thơng thƣờng Pha 0o đạt đƣợc tần số 5,74GHz Hình 1.10 Mơ tả pha phản xạ cấu trúc EBG mushroom-like cho sóng tới TE với góc tới khác Hình 1.11 FDTD mơ tả pha phản xạ cấu trúc EBG hình nấm cho sóng tới TM với góc tới khác Hình 1.13 FDTD mô tả pha phản xạ TM EBG mặt phẳng tần số kx Hình 1.14: Mơ hình mạch LC cho phân tích cấu trúc EBG Hình 1.15: Phƣơng pháp đƣờng truyền dẫn tuần hồn Hình 1.16: Phƣơng pháp FDTD cho phân tích cấu trúc EBG Hình 1.17: Thiết kế anten có độ tăng ích cao sử dụng cấu trúc EBG ba chiều dạng gỗ xếp (IEEE, 2005) Hình 2.1 Đáp ứng anten xung thời gian cực ngắn theo hiệu ứng chng Hình 2.2 : Anten sừng gấp Hình 2.3: Một vài kiểu anten bowtie băng rộng Hình 3.1: Cấu trúc anten Hình 3.2: Cấu trúc hình học mặt phản xạ EBG Hình 3.3: Pha phản xạ mặt phản xạ EBG Hình 3.4: Hệ số phản xạ S11 theo tần số Hình 3.5: Mẫu xạ mặt phẳng xz (đồng phân cực) Hình 3.6: Mẫu xạ mặt phẳng yz (co-polarization) Hình 3.7: Sự phân phối dịng mặt phản xạ EBG Hình 3.8: Độ lợi thực tế thu đƣợc hƣớng z theo đáp ứng tần số MỤC LỤC BẢNG Bảng 1.1 : So sánh mặt phẳng PEC EBG thiết kế anten dây Bảng 1.2: So sánh mặt phẳng PEC EBG thiết kế anten dây Bảng 2.1: Yêu cầu anten cho thiết bị di động băng thông siêu rộng Bảng 2.2: Các yêu cầu chung anten Bảng 3.1: Các tham số cấu trúc LỜI MỞ ĐẦU Những thiết kế anten đạt đƣợc nhiều thành tựu vài thập niên qua Rất nhiều công nghệ đƣợc triển khai anten đại khám phá quan trọng tìm cấu trúc dải chắn điện từ (EBG) Ứng dụng đề tài quan trọng mà kỹ sƣ, nhà khoa học giới nhƣ Việt Nam quan tâm Ngày nay, với máy tính cá nhân cơng nghệ số hay phần mềm thƣơng mại phát triển,những nghiên cứu anten khai thác hỗn hợp vật liệu điện từ vào thiết kế anten, kết cho nhiều cấu trúc anten mới, có hiệu Cấu trúc EBG có đặc tính mà vật liệu tự nhiên khơng có sẵn, cấu trúc EBG đƣợc xem nhƣ tập siêu vật liệu (metamaterials) Những hoạt động nghiên cứu khác cấu trúc tăng lên lĩnh vực điện từ anten Nó giải số thách thức quan trọng anten truyền thơng vơ tuyến nhƣ: Chặn sóng bề mặt anten mặt đất, thiết kế đƣợc anten hiệu suất nhỏ gọn, tăng hệ số khuếch đại G anten Đề tài trình bày rõ cấu trúc EBG, đặc tính nhƣ ứng dụng Bằng việc kết hợp cấu trúc dải chắn điện từ EBG anten bow-tie,ta thu lại đƣợc thiết kế anten nhiều ƣu điểm nhƣ chặn đƣợc sóng bề mặt, hệ số tăng ích cao, hiệu suất… CHƢƠNG 1: VẬT LIỆU CẤU TRÚC DẢI CHẮN ĐIỆN TỪ EBG Vật liệu cấu trúc dải chắn điện từ EBG ngày thu hút đƣợc nhiều ý đặc tính đặc biệt nhƣ tính ứng dụng cao thực tế Một số hƣớng ứng dụng cấu trúc dải chắn điện từ dùng thiết kế anten để triệt tiêu sóng mặt nâng cao độ tăng ích anten Phần giới thiệu khái niệm, cấu trúc, đặc tính phƣơng pháp phân tích cấu trúc EBG 1.1 Cấu trúc EBG Vật liệu cấu trúc dải chắn điện từ hay “Cấu trúc vật liệu vi dải điện từ” hay “cấu trú khe hở băng tần điện từ” đƣợc định nghĩa là: “những cấu trúc tuần hoàn nhân tạo mà có đặc tính ngăn cản cho phép lan truyền sóng điện từ dải băng tần xác định ứng với góc tới trạng thái phân cực sóng” Có thể nhận cấu trúc EBG qua xếp cách tuần hồn vật liệu điện mơi kim loại Dựa vào cấu trúc hình học ta chia EBG làm loại: Hình 1.1 Cấu trúc EBG (a) cấu trúc điện môi dạng gỗ xếp (b) mảng kim loại chân đa tầng  Cấu trúc hình khối chiều (hình 1.1): Tập trung vào ngăn cản q trình truyền lan sóng điện từ Sóng điện từ sóng phẳng với góc tới phân cực đặc biệt sóng bề mặt bao phủ mặt đất Phần lớn cấu trúc ba chiều giống nhƣ mảng tuần hồn điện mơi  Cấu trúc phẳng chiều (Hình 1.2) Hình 1.2 Bề mặt EBG chiều: (a) bề mặt dạng nấm (b) bề mặt phẳng đơn  Cấu trúc đƣờng truyền chiều (hình 1.3) Cấu trúc EBG phẳng hai chiều thể vài đặc tính điện từ thú vị tƣơng tác với sóng tới:  Nếu sóng tới sóng mặt (kx2+ ky2